课程设计（论文）-基于单片机控制的频率计.doc

单片机技术课程设计说明书设计课题： 基于单片机控制的频率计 专业（系） 班 级 学生姓名 指导老师 完成日期 湖南铁道职业技术学院目 录一、设计任务与要求11.任务12.要求1二、方案设计与论证11.总体设计分析1三、硬件电路设计21.单片机最小系统电路21.1 单片机AT89C52单片机的结构21.2 时钟电路41.3 复位电路42.数码管显示电路42.1 数码管42.2 数码管显示电路53.分频器电路53.1 CD4518芯片53.2 CD4051芯片73.3 分频电路73.4 总设计7四、软件设计81.定时模块81.1程序81.2流程图92.中断模块101.1程序103.显示模块 101.1程序101.2流程图114.总参考程序11五、安装与调试121.安装过程122.调试过程12六、使用说明14七、心得体会14八、参考文献15九、附录16湖南铁道职业技术学院一、设计任务与要求1.任务制作一个基于单片机定时、计数器控制的频率计，测频范围020MHz，误差小于0.5%的能测量TTL 矩形方波的频率计。2.要求设计电路，正确选用器件，绘制相应的硬件电路图，制作电路，编写程序流程图，编写程序调试实现功能。二、方案设计与论证1.总体设计分析一般对于低频信号可以采用单片机长时间采样的方法计数。对于10 Hz 300kHz 都可以直接使用单片机计数器测频，对于300kH z 以上的高频信号则需要对信号分频后在进行测频，相应的误差也会增大。例如：对于10 200k Hz 的信号，可以直接使用单片机的计数器对信号测量；对于频率200 k Hz 2 M Hz 的频率，可以10 分频后再测量，对于2M Hz 20M H z的信号，则考虑100分频后再测量。分频器可以采用1 0/16 进制，计数频率符合要求的计数器。根据信号的频率手动或者自动选择测量的方式，进行相应的测量。三、硬件电路设计1.单片机最小系统电路1.1 单片机AT89C52单片机的结构图2-1VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚 备选功能 P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口） 3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（计时器0外部输入）P3.5 T1（计时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA / VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。1.2 时钟电路 时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。图中C1、C2起稳定作用。AT89S51单片机时钟频率范围：033MHZ。1.3 复位电路 由电复位电路和手动复位电路结合在一起构成。能将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。2.数码管显示电路2.1 数码管7段LED数码管是利用7个LED（发光二极管）外加一个小数点的LED组合而成的显示设备，可以显示09等10个数字和小数点，使用非常广泛，这类数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）， 如下图所示。图中的8个LED分别与上图中的A-DP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字。数码管显示原理：数码管可以分为共阴型和共阳型的两种结构，a：共阳极数码管显示方法公共端加电源,需点亮的段置低电平b: 共阴极数码管显示原理公共端接地，需点亮的段置高电平。其内部原理图如下所示：2.2 数码管显示电路3.分频器电路3.1 CD4518芯片CD4518/CC4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器。CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。CD4518引脚功能CD4518逻辑图真值表功能3.2 CD4051芯片CD4051是一个8选1的数据选择器。引脚功能描述： A0A2 地址端 I0/O0I7/O7 输入输出端INH 禁止端 O/I 公共输出/输入端VDD 正电源 VEE 模拟信号地 Vss 数字信号地3.3 分频电路3.4 总设计数码管显示单片机CD4051数据选择CD4518原始频率I/O控制十分频 选频输出百分频四、软件设计1.定时模块在函数中，T1进行定时中断，此函数是最重要的子函数。1.1程序void dings1() interrupt 3TH1=0xfc; TL1=0x18;cout+;if(cout=1000) unsigned long a=0;cout=0;a=n*65536+TH0*256+TL0;while(a)if(a200000) m+;if(m=1)X=0;Y=1;else if(m=2)X=1;Y=0;break;elseif(m0)&(a200000?m+,m?Nm=2m=1m-,m?Ym0&a20000?Nm=0百分频十分频原始频率计数清零结束m代表三个频段:m=0为原始频率，m=1为十分频，m=2为百分频。2.中断模块T0具有一个计数的功能，我们定义一个n，当n每加一次，那么频率值就增加了65536HZ。1.1程序unsigned int n=0；void dinshi0( ) interrupt 1n+;3.显示模块1.1程序unsigned char code disptab=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83, 0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0xFF;unsigned char code bittab=0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F;unsigned char code tabled=0xc7,0x8e,0x89;void disp()num+;num=(num%8);P2=0xff;P0=0xff;P2=bittabnum;switch(num)case 0:P0=tabledm;break;case 1:P0=disptabplz%10;break;case 2:P0=disptabplz/10%10;break;case 3:P0=disptabplz/100%10;break;case 4:P0=disptabplz/1000%10;break;case 5:P0=disptabplz/10000%10;break;case 6:P0=disptabplz/100000%10;break;case 7:P0=disptabplz/1000000%10;break;default:;1.2流程图开始数码管消影数码管显示结束4.总参考程序见附录五、安装与调试1.安装过程外部硬件与单片机按后附总原理图链接，右图为连接好之后效果图。2.调试过程因为课题的调试多用仪器进行，所以，下面我们用以下几组图片展示调试的过程。10 200k Hz 的信号10KHZ 150KHZ200 k Hz 2 M Hz的信号500KHZ2M Hz 20M H z的信号2MHZ从上述我们可以看到，单片机所显示的频率与实际输出的频率是有误差的，经过分析，得出产生次误差的原因主要有以下几个方面：1. 单片机时钟电路中晶振频率会产生误差。2.单片机执行语句时需要一定的时间,产生误差。3.信号发生器本生所输出的频率与显示的频率不同步。六、使用说明频率计的使用十分简单，只需我们将硬件按照附录中的原理图链接好之后，接上5V电源。将信号发生器接入，当信号发生器给出一个频率值时，那么单片机上的数码管就会显示出相应的数值。当信号发生器频率值改变时，单片机上的数码管显示值也会随之改变。七、心得体会此次的项目我们最大的收获是团队间的合作和配合，可以说如果没有大家的合作与配合这个项目不可能在这么短的时间做出这样的成绩。当然在调试中也遇到了很多的麻烦，在解决这些时有点厌烦，但是问题解决后感觉到收获很大，对于各个模块的功能也更清楚，相信我们会在下次的项目有好的成绩。本次的设计也使我们从中学到了一些很重要的东西，一是如何从理论到实践的转化，怎样将我们所学到的知识应用到我以后的工作中去。二是我学会了如何查寻资料，方案设计，进一步提高了自己综合运用所学知识的能力。另外也要感谢许多同学的鼓励和帮助，使我们能够成功的完成这次设计。八、参考文献1王静霞.单片机应用技术M. .电子工业出版社.20012熊异、张文初等51单片机原理及接口技术C语言应用学习任务书M.湖南：电气工程系电子教研室.2010年5月3百度文库九、附录总原理图参考程序#include unsigned char code disptab=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0xFF; unsigned char code bittab=0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F;unsigned char code tabled=0xc7,0x8e,0x89; sbit X=P10;sbit Y=P11;unsigned int cout;unsigned char num=0;unsigned long int plz=0;unsigned int n=0,m=0;void delay (unsigned int t)unsigned int i ,j;for (i=0;it;i+)for (j=0;j=1000) unsigned long a=0;cout=0;a=n*65536